Определение лекарственной устойчивости Neisseria gonorrhoeae
Геномный надзор за гонококком — приоритетным патогеном ВОЗ по антимикробной резистентности
🧬 Описание пейплайна
Neisseria gonorrhoeae (гонококк) — возбудитель гонореи, второй по распространённости бактериальной инфекции, передающейся половым путём. ВОЗ включила его в список приоритетных патогенов по AMR (категория «высокий приоритет»): штаммы с устойчивостью к цефтриаксону — последнему надёжному антибиотику — фиксируются по всему миру, в том числе в России.
Наш пайплайн обеспечивает полный цикл анализа нанопоровых данных для выявления мутаций резистентности к ключевым классам антибиотиков непосредственно у кровати пациента или в лаборатории без передачи данных на зарубежные серверы.
- 📥 На входе: Сырые данные в формате
FASTQпосле High Accuracy basecalling (химия R10.4.1, модель Dorado SUP). Оптимально: ампликонное секвенирование генов penA, gyrA, parC, mtrR, 23S rRNA или полногеномное секвенирование (WGS). - 📤 На выходе: HTML-отчёт для клинициста с профилем чувствительности к 6 классам антибиотиков и QC-отчёт для биоинформатика.
📊 Доступность продукта
| Платформа | Статус доступности |
|---|---|
| OnSiteSeq Cockpit Edge | 🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Desktop | 🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Cloud | 🔴 Не доступно |
🎯 Гены и мутации резистентности
Пайплайн анализирует девять ключевых генетических детерминант устойчивости гонококка. Устойчивость к цефтриаксону носит кумулятивный характер: мозаичный penA + mtrR + penB + ponA суммируют свой вклад в рост МИК, поэтому важен полный профиль, а не один ген:
| Ген / локус | Ключевые мутации | Класс антибиотиков |
|---|---|---|
| penA (PBP2) | Мозаичный аллель (в т.ч. penA-60 клона FC428), A501V/T/P | Цефтриаксон, Цефиксим |
| penB (porin PorB) | G101K, A102D/N | Цефалоспорины, пенициллины (снижение проницаемости) |
| ponA (PBP1) | L421P | Цефалоспорины, пенициллины (вклад в МИК) |
| gyrA | Ser91Phe, Asp95Asn/Gly/Ala | Ципрофлоксацин (фторхинолоны) |
| parC | Asp86Asn, Ser87Arg/Ile/Asn | Ципрофлоксацин (фторхинолоны) |
| 23S rRNA | A2059G, C2611T | Азитромицин (макролиды) |
| mtrR / mtrCDE | Промотор del-A, G45D | Азитромицин, бета-лактамы (эффлюкс) |
| rpsJ | Val57Met | Тетрациклин |
| blaTEM-1 | Наличие гена | Пенициллин (β-лактамаза) |
Профиль антибиотиков в отчёте
| Антибиотик | Класс | Клиническое значение |
|---|---|---|
| Цефтриаксон | Цефалоспорин III | Монотерапия 500 мг в/м — стандарт первой линии (CDC 2020, ВОЗ) |
| Ципрофлоксацин | Фторхинолон | >50% штаммов в РФ — устойчивы |
| Азитромицин | Макролид | Исключён из дуальных схем (CDC 2020) из-за роста резистентности; маркер надзора |
| Спектиномицин | Аминоцикилтол | Альтернатива при ЦС-резистентности (лимитированная доступность) |
| Пенициллин | β-лактам | Исторический контроль |
| Тетрациклин | Тетрациклин | Эпидемиологический маркер |
| Золифлодацин | Спиропиримидинтрион | Первый новый класс против гонореи за десятилетия; успешная фаза III — профиль резистентности готов к расширению |
⚙️ Версии и ML-модели
Основной инструмент
| Компонент | Статус |
|---|---|
| OnSiteSeq GC Pipeline | 🟡 В разработке |
Планируемые ML-модели
| Модель | Целевая задача |
|---|---|
| GC-Res-Detector | Предсказание резистентности по 6 классам АБ (CNN + Self-Attention) |
| GC-MLST | Определение сиквенс-типа (ST) по схеме PubMLST/Neisseria |
| GC-NG-STAR | Типирование по схеме NG-STAR — стандарт AMR-надзора GASP (профиль penA/mtrR/porB/ponA/gyrA/parC/23S) |
Обучение планируется на данных GASP (Gonococcal Antimicrobial Surveillance Programme) и PubMLST Neisseria Database (>10 000 геномов) с валидацией на российских клинических изолятах.
🛠 Под капотом: Зависимости и Окружение (Pipeline Stack)
Пайплайн управляется фреймворком Snakemake в изолированных Conda-окружениях.
| Этап пайплайна | Ключевые библиотеки и инструменты |
|---|---|
| 1. Контроль качества (QC) | porechop_abi, NanoFilt, pigz |
| 2. Выравнивание (Mapping) | minimap2 2.26, samtools >=1.17 (Референс: FA1090 / NCCP11945) |
| 3. Поиск мутаций (Variant Calling) | clair3 >=1.0.4, medaka |
| 4. Аннотация резистентности | Кастомная база мутаций penA/gyrA/parC/mtrR/23S/rpsJ + AMRFinderPlus |
| 5. MLST-типирование | mlst (схема Neisseria, PubMLST) + типирование NG-STAR (стандарт GASP) |
| 6. ML-инференс | PyTorch, pandas, scikit-learn |
🌍 Глобальный контекст: почему это важно
- ВОЗ, 2019 — N. gonorrhoeae включена в список приоритетных патогенов по АМР (высокий приоритет).
- ВОЗ, 2024 — «Invisible killer: What is antimicrobial resistance?» — АМР называется одной из главных угроз здоровью человечества.
- Россия — участвует в GASP; доля ципрофлоксацин-резистентных штаммов превышает 50%.
- XDR-гонорея — штаммы с устойчивостью к цефтриаксону зафиксированы в Японии, Австралии, Великобритании, Франции.
- Клон FC428 — глобально распространяющийся цефтриаксон-резистентный клон с мозаичным аллелем penA-60; его детекция включена в отчёт как маркер эпидемиологической тревоги.
Текущий стандарт диагностики резистентности — культуральный метод (3–5 дней). Наш пайплайн сокращает время до результата в тот же день прямо на месте оказания медицинской помощи.
🔬 Связанные OnSiteSeq-исследования
Пейплайны по тематике ИППП:
- 🧬 Сифилис (T. pallidum) — идентификация и макролидная резистентность
- 🧬 Mycoplasma genitalium — диагностика резистентности перед терапией
Ключевые источники и базы данных: